熔融碳酸鹽燃料電池簡稱MCFC,是由多孔陶瓷陰極、多孔陶瓷電解質隔膜、多孔金屬陽極、金屬極板構成的燃料電池,其電解質是熔融態碳酸鹽。熔融碳酸鹽燃料電池具有反應速度快、使用成本低、材料容易獲得等優點,缺點在于使用壽命不高、電池結構較為復雜。下面一起來看看具體介紹。
熔融碳酸鹽燃料電池反應方程式
1、負極反應
2CO 2CO32- -4e-=4CO2
2、正極反應
O2 2CO2 4e-=2CO32-
熔融碳酸鹽燃料電池組成材料
1、電極材料
MCFC的電極是H2、CO氧化和O2 還原的場所,MCFC的電極必須具備兩個基本條件:①保證加速電化學反應,必須耐熔鹽腐蝕;②保證電解液在隔膜、陰極和陽極間的良好分配,電極與隔膜必須有適宜的孔度相配。
MCFC的陽極電催化劑經歷了Ag、Pt、Ni,主要采用Ni-Cr合金或Ni-Al合金。采用Ni取代Ag和Pt是為了降低電池成本,而演變為鎳合金是為了防止鎳的蠕變現象。
MCFC的陰極材料有NiO、LiCOO2、LiMnO2、CuO和CeO2 等,由于NiO電極在MCFC工作過程中會緩慢溶解,同時還會被從隔膜滲透過來的氫還原而導致電池短路,所以LiCOO2等新型陰極材料正逐漸取代NiO。
2、隔膜材料
隔膜是MCFC的核心部件,必須具備高強度、耐高溫熔鹽腐蝕、浸入熔鹽電解質后能阻氣和具有良好的離子導電性能。MCFC的隔膜材料是LiAiO2,LiAiO2粉體有三種晶型,分別為α型 (六方晶系)、β型 (單斜晶系)和γ型 (四方晶系)。外形分別為球形、針狀和片狀,密度則分別3.400g·cm-3、2.610g·cm-3和2.615g·cm-3。
3、雙極板材料
MCFC的雙極板有三個主要作用:①隔開氧化劑(O2或空氣)與還原劑 (天然氣、重整氣);②提供氣體流動通道;③集流導電。MCFC的雙極板材料主要為不銹鋼和各類鎳基合金。
熔融碳酸鹽燃料電池的優缺點
1、優點
熔融碳酸鹽燃料電池可以采用非貴重金屬作為催化劑,降低了使用成本。能夠耐受CO和CO2的作用,可采用富氫燃料。用鎳(Ni)或不銹鋼作為電池的結構材料,材料容易獲得并且價格便宜。熔融碳酸鹽燃料電池為高溫型燃料電池,余熱溫度高,余熱可以充分利用。
2、缺點
以Li2CO3及k2CO3混合物做成電解質,在使用過程中會燒損和脆裂,降低了熔融碳酸鹽燃料電池的使用壽命,其強度與壽命還有待提高。在整個化學反應過程中,CO2要循環使用,從燃料電極排出的CO2要用經過催化除H2的處理后,再按一定的比例與空氣混合送入氧電極,CO2的循環系統增加了熔融碳酸鹽燃料電池的結構和控制的復雜性。
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